信息化技術(shù)在明挖隧道工程建設(shè)的應(yīng)用

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摘要：信息化技術(shù)提高信息分析的精確度及分析效率，可以極大提高管理的效率，保障工程質(zhì)量，近年來各建設(shè)行業(yè)均開展了大量的探索與實(shí)踐。以京雄鐵路機(jī)場(chǎng)2號(hào)線明挖隧道為工程背景，開展了信息化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐。首先從施工技術(shù)、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理、安全預(yù)警等方面提出信息化需求，結(jié)合BIM完成功能的開發(fā)，建立用戶友好的可視化界面。研究成果適用于明挖隧道的建設(shè)管理，對(duì)于其他工程也有參考作用。

關(guān)鍵詞：隧道工程；信息化；BIM；施工管理

0引言

大斷面深基坑隧道施工環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)因素的不確定性程度高，危險(xiǎn)系數(shù)大，為安全、質(zhì)量以及進(jìn)度的管理帶來較大的挑戰(zhàn)。信息化技術(shù)降低了信息的分析難度，為要素的全面考慮提供了便捷工具，是解決管理挑戰(zhàn)的唯一方法[1]。各建設(shè)工程項(xiàng)目提出不同的管控需求，分別開發(fā)不同種類的信息化技術(shù)。如針對(duì)施工技術(shù)優(yōu)化及安全管理，開發(fā)基于BIM的分析技術(shù)[2]；針對(duì)大型機(jī)械設(shè)備的安全與管理，開發(fā)智能化設(shè)備及信息集成技術(shù)[3]；針對(duì)施工質(zhì)量管理，建立信息集成的平臺(tái)[4]；針對(duì)隧道后期養(yǎng)護(hù)，提出信息管理的平臺(tái)[5]。本文依托工程為京雄城際鐵路機(jī)場(chǎng)2號(hào)線工程，工程北起北京大興機(jī)場(chǎng)地下站，南穿永定河南大堤后露出地面，全長(zhǎng)8.338km。隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道，洞門采用柱式洞門，隧道仰拱厚度為0.85m，頂板厚度為0.8m，隧道外側(cè)撐角的厚度為1.2m。背景工程具有基坑開挖與防護(hù)復(fù)雜、建筑單體尺寸大等特點(diǎn)，施工管控難度較高，深度開發(fā)的信息化技術(shù)，解決技術(shù)與管理難題。從目前的形勢(shì)和行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析，BIM將是工程建設(shè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和信息化的最重要的力量。當(dāng)前隧道工程BIM應(yīng)用還處于初級(jí)的階段，多數(shù)還屬于單點(diǎn)應(yīng)用，而且應(yīng)用多局限于設(shè)計(jì)階段使用，在施工和運(yùn)營(yíng)方面的應(yīng)用較少，本工程的探索對(duì)信息化技術(shù)起到了一定的推進(jìn)作用。

1基于需求的信息規(guī)劃及開發(fā)辦法

依托工程的信息管控需求可分為技術(shù)需求以及質(zhì)量、安全、進(jìn)度管控需求等方面。技術(shù)需求為底層需求，需要提出合理的實(shí)施方案，并使之便于操作實(shí)施。本項(xiàng)目基于規(guī)模大、工期緊、作業(yè)面多、地質(zhì)條件復(fù)雜、安全風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，采用BIM技術(shù)對(duì)施工全過程進(jìn)行仿真模擬可以提出合理、詳盡的施工方案，能夠有效保證安全、工期、質(zhì)量。此外，BIM技術(shù)突出的優(yōu)點(diǎn)在于可視化，能夠直接展示各種施工細(xì)節(jié)，直接以形象的方式記錄于人腦，提高信息的傳遞效率。根據(jù)機(jī)場(chǎng)2號(hào)隧道施工方法、模型構(gòu)造及施工過程的要求，將具體的文字性要求通過三維軟件建模有針對(duì)性地還原作業(yè)面仿真現(xiàn)場(chǎng)，可以提高施工人員掌握的熟練程度，進(jìn)而起到工程整體可控的作用。質(zhì)量管理主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的質(zhì)量指標(biāo)信息進(jìn)行歸檔、整理、評(píng)估。將質(zhì)量指標(biāo)與三維構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以用不同顏色分別標(biāo)識(shí)不同構(gòu)件的檢測(cè)結(jié)果，如未檢、合格、不合格等，便于管理者有針對(duì)性地進(jìn)行質(zhì)量控制。將質(zhì)量信息附著于三維模型中，在點(diǎn)擊任意構(gòu)件，可以快速鏈接到的質(zhì)量資料文件（如產(chǎn)品合格證、質(zhì)量檢測(cè)資料、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)文件等），方便現(xiàn)場(chǎng)管理人員管理，保證質(zhì)量資料可追溯。以構(gòu)件為主體分項(xiàng)進(jìn)行質(zhì)量檢查，實(shí)時(shí)上傳、關(guān)聯(lián)質(zhì)量照片，用于參與方進(jìn)行質(zhì)量閉合管理。針對(duì)基坑的安全性，借助BIM強(qiáng)大的分析功能，開展即時(shí)監(jiān)測(cè)與控制工作。通過集成理論分析數(shù)據(jù)以及定期監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置的算法，開展施工的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。根據(jù)前期的理論分析，以土質(zhì)等級(jí)進(jìn)行區(qū)劃，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)識(shí)別，識(shí)別分為極高、高、中和低，以著色區(qū)別不同的風(fēng)險(xiǎn)程度，為管理人員的風(fēng)險(xiǎn)控制力度的制定提供指導(dǎo)。對(duì)土體的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上報(bào)的渠道，當(dāng)變形值超過預(yù)先設(shè)定的閾值后，彈出警報(bào)，根據(jù)需求或發(fā)送警戒信息給管理方，在BIM中進(jìn)行局部著警戒色，示出危險(xiǎn)區(qū)域。進(jìn)度管理是工程建設(shè)的重要一環(huán)，以BIM模型為基礎(chǔ)，關(guān)聯(lián)施工完成、實(shí)施時(shí)間、待施工等信息、完成量占比等信息。開發(fā)警示模塊，對(duì)計(jì)劃進(jìn)度與當(dāng)前進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)提醒管理層對(duì)資源或人力開展調(diào)配工作。BIM用于進(jìn)度管理的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以輔助定位工期延誤的主要原因，如以月為單位，以不同的顏色著色施工進(jìn)度，可以便利的發(fā)現(xiàn)施工遲緩的周期段，進(jìn)而便于查找對(duì)應(yīng)工作平面面臨的主要問題等。

2基于BIM的信息化管理技術(shù)

通過需求分析，建立基于BIM的信息化技術(shù)，開發(fā)了網(wǎng)頁平臺(tái)。

2.1基于虛擬施工的技術(shù)優(yōu)化

利用BIM模型的三維分析功能，進(jìn)行虛擬施工模擬。論證技術(shù)方案的可行性，包括基坑的穩(wěn)定性，臺(tái)車施工的便利性，與支護(hù)之間的碰撞檢查等方面，確保施工可行。此外，BIM也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料、設(shè)備用量的便利化統(tǒng)計(jì)，從而精確計(jì)算施工成本，便于造價(jià)的總體把握。

2.2基坑安全的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警

基坑在開挖后，監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵內(nèi)容主要包括坑邊地面沉降、邊坡頂部水平位移、地下水位、支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移及沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)深部水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)主筋應(yīng)力、支撐軸力。采用水準(zhǔn)儀、全站儀、水位計(jì)、水位管、鋼筋應(yīng)變計(jì)、軸力計(jì)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的量測(cè)。根據(jù)制定的頻率，開展定期量測(cè)，通過上傳至系統(tǒng)，對(duì)趨勢(shì)進(jìn)行判斷，若數(shù)據(jù)在可控范圍內(nèi)，則形成中間報(bào)告，若數(shù)據(jù)超出可控范圍，則預(yù)警單，現(xiàn)場(chǎng)工人撤出危險(xiǎn)區(qū)，由參建各方或?qū)＜覍?duì)風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)進(jìn)行評(píng)估，從而提出控制措施。

2.3施工質(zhì)量及進(jìn)度信息管理

建立各主體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)，將實(shí)施過程中的質(zhì)量、進(jìn)度信息與三維模型構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)。并開發(fā)相應(yīng)的可追溯的查詢方式，實(shí)現(xiàn)信息的高效管理。以隧道主體結(jié)構(gòu)為例，逐節(jié)施工的結(jié)構(gòu)上粘貼二維碼標(biāo)識(shí)?，F(xiàn)場(chǎng)可掃碼可連接數(shù)據(jù)填報(bào)的窗口，也可以獲得構(gòu)件的制造與養(yǎng)護(hù)歷史信息。

3信息系統(tǒng)開發(fā)

開發(fā)嵌入BIM模型的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，平臺(tái)終端呈現(xiàn)方式包括PC端和手機(jī)APP端口，采用云服務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)信息互通。以數(shù)據(jù)表單的型式展示結(jié)構(gòu)的主要信息以及土體信息等。為便于數(shù)據(jù)錄入與展示，開發(fā)手機(jī)APP，對(duì)主要功能的展示進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，采用開發(fā)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息的便利化交互、科學(xué)化響應(yīng)，保障了工程的安全、質(zhì)量以及進(jìn)度。

4結(jié)語

以京雄城際鐵路機(jī)場(chǎng)2號(hào)線工程為依托工程，對(duì)明挖隧道建設(shè)過程中的BIM技術(shù)、信息化技術(shù)開展研究。提出了技術(shù)需求、安全管理、質(zhì)量管理以及進(jìn)度管理的需求，研究了各需求的信息化實(shí)現(xiàn)方式，即BIM用于施工技術(shù)優(yōu)化與成本優(yōu)化，安全的預(yù)警流程，質(zhì)量與進(jìn)度管理的信息追溯與警示方式等。最后對(duì)開發(fā)的PC網(wǎng)頁平臺(tái)以及手機(jī)APP的功能界面進(jìn)行介紹。建立的信息化技術(shù)較為全面，可以為其他工程的建設(shè)提供參考。

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作者：杜群波  單位：中交二航局第四工程有限公司